《信号与系统》课程教学的改革与实践

刘文红

摘 要 《信号与系统》是电子信息工程专业一门重要的专业基础课。本文在对该课程研究的基础上，给出了教学改革研究路线，对教学和实验内容、教学方法、教学手段及考核方法等方面提出了一些改革措施，并在教学过程中加以实践。本研究可以提升《信号与系统》授课教师的教学水平，促进学生对《信号与系统》核心内容的理解和掌握，提高学生理论与实际结合的能力；有利于《信号与系统》课程在应用技术性院校的教学。

关键词 信号与系统 改革 实践

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）24-0012-02

一、前言

《信号与系统》是信息类本科专业的专业基础课，信息技术的迅猛发展与日益广泛的应用是信息时代的主要特征。信息的获取、存储、传递、处理、识别与综合是信息技术研究的主要内容。信号是信息的载体，系统是信息的处理手段。因此，以研究信号与系统理论的基本概念和基本分析方法为目的的《信号与系统》课程是通信技术、电子信息技术和自控技术各专业必修的主干基础课之一，是电子信息工程专业一门重要的专业基础课，也是硕士研究生入学考试的必考科目。

本课程是一门理论性很强的课程，通过这门课的学习，使学生理解信息的基本处理过程，能运用基本分析方法理解系统对信号所起的作用，为以后的设计系统打下理论基础。与大部分工科课程相同，《信号与系统》课程作为面向电子信息类专业的基础课程，也起源于欧美。在二十世纪五十年代，美国麻省理工学院总结二战以来在通信、雷达和控制等领域广泛应用的基础理论，开设《信号与系统》课程，讲授卷积、傅里叶变换、拉普拉斯变换、反馈分析等专业知识，我国在改革开放之后才开设《信号与系统》课程。

当前，信息技术飞速发展，新理论和新技术不断涌现，学科交叉融合日益密切，《信号与系统》不仅是电子信息类专业核心基础课程，也成为自动控制、汽车、车辆、网络等相关专业的比较重要的专业基础课。因此，《信号与系统》课程的教学也与时俱进，教学主体根据不断发展的技术形势，及时调整培养目标，在课程体系、教学内容、实验手段、教学方法和考核方法等方面进行改革和实践。

二、教学改革研究路线

虽然《电路分析基础》《信号与系统》《数字信号处理》课程的教学核心，在国内已达成共识，但按照何种顺序讲解、附加在何种背景下讲解、如何进行教学实践环节等方面，不同的教材仍有不同的侧重甚至完全相异的教学观点，学生在学习这些课程时感到概念好懂，但如何用概念、理论来解决问题就比较难掌握。针对本课题的研究内容，本课题的研究工作采取理论——实践——调研——再理论——再实践的方案。

具体过程如下：

（一）理论

梳理核心内容的逻辑关系：关于连续变换和离散变换的讲课顺序。

挑选核心内容的侧重点：拉氏变换讲解的侧重点。

实验的内容、时机的考虑：学好信号与系统，实践是必不可少的环节，实践中，MATLAB软件又是最重要的工具，针对此软件是单独开实验课还是安排在课后习题中。

（二）实践

在2015至2016学年第二学期开设相关课程的班级进行教学实践，在不同专业的应用案例中融入本专业的特色，本学期已经考虑基于MALBA软件进行实验教学。

（三）调研

在2016年暑期，在上海本地相关院校和南京、北京、西安、武汉等有关院校，对相关课程的教学大纲、教学方法和手段、实验内容等，以及开设专业、授课教师等情况的实地考察和学习。

（四）再理论

总结调研内容、取长补短，结合本校的教学实践和相关院校的教学理论和实践经验，对之前的理论研究进行修正。中期成果为在撰写调研报告的基础上投稿至少一篇教研教改论文。

（五）再实践

总结在2015至2016学年第二学期开设《信号与系统》课程的班级进行的教学实践，在2016至2017学年第一学期开设《信号与系统》课程的班级进行进一步的教学实践，撰写教学教改论文。

通过对多个学校、多种教材的考察、多篇教学文章的学习，本课题组已经对如下问题进行了思考和预研究：连续变换和离散变换的讲课顺序；拉氏变换讲解侧重点；MATLAB软件的使用：学好信号与系统，实践是必不可少的环节，实践中，MATLAB软件又是最重要的工具，针对此软件本学期主要以单独开实验课为主，安排在课后习题中为辅。经典例题的应用：以经典例题为主，辅以课堂讲解，并更新一部分符合现代背景的例题，在兴趣中讲解，并在讲解中产生兴趣。实验形式选取：实验是教学中必不可少的环节，演示性实验偏重原理讲解，研究性实验偏重提高学生分析问题和解决问题的能力。二者有机结合。

《电路分析基础》《信号与系统》《数字信号处理》是理论与实践紧密结合、应用广泛、交叉渗透了许多学科的课程。其中《信号与系统》是以信号与系统特性以及信号处理等工程问题为背景，经数学抽象及理论概括而形成的一门课程，任何事物都可以看做是一个系统，用系统模型的建立和系统分析的理论，对其进行定量分析。因此，本课程所采用的分析概念是许多工程学科的组成部分，尤其重要。

了解相关大学，包括985、211院校的有关课程的培养目标、教学大纲、教学内容、实验内容等；交流对于不同学科专业有关课程的基本教学要求；了解对于以培养应用能力为主要目标的学校，该课程教学中的侧重点。学习和交流有关课程对学生学习效果的评价方式、课堂教学方法、教学内容中重点和难点的处理方式。了解相关大学有关课程教学教师的情况以及团队建设的措施；了解其学校对教师教学能力、教学效果的评价方法。

外文教材与中文教材的选用：外文教材具有帮助阅读和写作的优势，中文教材具有帮助理解的优势。大班教学与小组讨论：教学过程中，以大班教学为主，以小组讨论形式为辅。

相关院校调研，有关课程的教学大纲、教学方法和手段、实验内容等，以及开设专业、授课教师等情况的实地考察和学习。调研软件实验与硬件实验，目前有多所学校在MATLAB基础上增加FPGA实验更进一步验证真实环境下的理论知识，也有多所学校仍坚持软件验证为主。

将新的教学理念、方法、案例等应用于实际教学。对核心教学内容进行整合。考虑到学生前序课程复变函数理解可能不够透彻，将三个变换并行讲解模式改为串行讲解模式，即先让学生切实掌握傅里叶变换，然后以傅里叶变换为基础，让学生理解其它变换。也同样由于前序课程复变函数课程学生可能理解不够透彻，加重零极点内容教学，因为这个方面的分析对后续课程有很大帮助，如数字信号处理等。

对练习内容进行调整和加强。考虑到学生目前对公式推导更多在于形式上的理解而不是概念上的理解，所以在作业中布置MATLAB编程和画图的题目，学生通过MATLAB画图，可以直观的理解公式所表达的物理含义。例题的使用考虑到《信号与系》这门基础课对后续课程的铺垫作用，以不同专业后续课程中的实际应用为基础，讲解对应的例题。

三、教学方法、手段及考核方法

采用多种教学方法和手段，如讲授法、谈论法、演示法、练习法、课堂讨论法、实验法等。实验法是学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识的教学方法。而本门课程的特殊性，采用的实验法是指通过计算机进行仿真实验，所采用的软件为MATLAB，利用该软件，学生在教师的指导下，可对所学的理论进行仿真验证，对深刻理解所学知识大有裨益。

建立多专业授课教师合作工作室。为了深入探讨各个专业的特色，并根据特色突出相应的理论重点，实现本门课程和专业的无缝对接，本项目拟定建立多专业授课教师合作工作室。该工作室的建立面向学生及讲授该门课程的教师。在工作室环境下，以项目为依托，便于学生与教师及教师之间的交流、沟通，并使学生充分认识到“理论用于指导实践，实践可用于验证理论”，从而避免以往的理论教学与实践相脱离的现象，缩小理论与实践的距离，充分有效利用高校资源。在该平台上，可结合各专业的技术需求情况，制定授课计划，实际项目，在课程的整个学习过程中，可使学生与教师零距离接触，便于专业知识的吸收和转化，既可以提高学生的理论，又可以培养实践能力。

对于课程的考核方式，基于学校对考查课的要求，可采取试卷考核、大作业、小论文、调研报告、上机操作、现场技能操作、答辩、实验测试等方式与日常表现结合的考核方式。

关于评价体系，课程的评价体系采用学生评价、教师评价、学校评价，三者结合的方式，对该课程的教学进行评定。所评定的内容包括教学方式，教学方法，教学态度，教学效果。

四、结束语

对《信号与系统》课程的研究、改革与实践，可以提升《信号与系统》授课教师的教学水平，促进学生对《信号与系统》核心内容的理解和掌握，提高学生理论与实际结合的能力；有利于《信号与系统》课程在应用技术性院校多专业的教学。

参考文献：

[1]郑君里.教与写的记忆：信号与系统评注[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]李建华，马晓红，邱天爽.“信号与系统”课程体系剖析[J].电气电子教学学报，2010，（04）.

[3]张小虹.信号与系统（第三版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2014.

[4]郑君里.信号与系统（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[5]陈后金等.我校“信号与系统”课程的改革与建设[J].电气电子教学学报，2004，（12）.

[基金项目：上海电机学院2016年校级重点教研教改项目（项目名称：宽领域专业基础课程群教学的研究改革与实践）；上海电机学院2016年校级重点课程建设项目（课程名称：信号与系统）。]

（责任编辑 刘 馨）